生物结构的功能是综合性的,而不是像计算机部件那样需分别开发。仿生学工程所面临的一个挑战是研制综合系统,它类似于微电机系统(MEMS),两者都集成了电子和机械装置。但是,MEMS是通过功能组合构成的,而仿生分层系统的电子装置是整体中不可分割的一部分。仿生结构需要用较厚的层来制造,而电子装置必须具有很精细的尺寸,因此需要结合使用这两种不同的工艺过程。
制造综合系统就需要嵌入传感器,包括压电和光学传感器。仿生综合系统的表面将装备大量的传感器,用以感知周围的环境。
科学家们正在研究为什么一种名为Melanophila的甲虫能遥感50千米以外森林火灾引起的红外辐射。这种甲虫会群聚在森林火灾附近,在树皮的内侧产卵。研究人员发现,这种甲虫具有一种独特的结构,帮助它们探测红外辐射。甲虫翅膀下的碟式结构包含70个很小的洋葱状结构,能起到红外传感器的作用。当适当的波长撞击到洋葱状结构时,它的体积增加,对壹皮构成压力,近而触发神经元,促使甲虫开始搜寻热源。科学家们正在复制和改进这种天然的压电晶体传感器结构,以便制造出一种无需专门冷却.可在室温下工作的红外探测器。劳伦斯，伯克利国家实验室的研究人员正在研制变色传感器,当存在目标物质时传感器由蓝色变成红色。参照细胞膜的模型,可针对一种特定的生物目标设计传感器。分子通过自组装排列形成膜,然后用光使分子聚合物化,在蓝色的模子中连接成一体。科学家们可在膜中加入蛋白质、碳水化合物或其他分子,以便捆绑特定的目标物质。分子一旦识别出目标物质,膜将由蓝色变成红色,提示有目标物质存在。
化学和生物战可能是这种传感器的主要应用领域,它在出现生物攻击时可瞬时识别可疑的病原体,食品工业也可利用它监视变质和被污染的食品。例如,检验员只要将传感器在肉上擦一下,就可探测出是否存在大肠杆菌等危险的病原体。此外,还可在食品包装袋上附上这样的传感器条,顾客可以根据颜色的变化判断食品是否变质。
在未来的小型、微型甚至纳米机器人中,如模拟蜜蜂蝴蝶甚至蜂螂的小型机器昆虫将配备众多的仿生传感器。
